JP2016225846A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチバンド化に適したアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置は、端辺を有する第1地板と、端辺に沿って配設される第1辺と、第1辺から伸延する第2辺及び第3辺と、第2辺及び第3辺を繋ぐ第4辺とを有し、第1辺の一端が第1地板に接続されて第1地板との間に第1辺の他端側が開放されたスリットを形成する第2地板と、開放端の近傍で第2地板から起立する第1線路と、第2辺に沿って伸延する第2線路と、第4辺に沿って伸延する第3線路と、第3線路の給電点とを有する放射素子と、端辺の給電点に対応する位置で第1地板から起立する第4線路と、給電点の近傍まで伸延する第5線路と、第2線路の近傍の開放端まで伸延する第6線路とを有し、放射素子と電磁界結合する無給電素子とを含み、給電点から放射素子、スリット、無給電素子を経た開放端までの長さは第1通信周波数における半波長である。【選択図】図1
Description
本発明は、アンテナ装置に関する。
従来より、外部回路に連結する給電ピンおよび前記給電ピンに一端が連結された所定の長さの給電ラインとで成る給電部と、前記給電部と所定の間隔ほど離隔された空間上に形成され、前記給電部の一部に連結され前記給電部から供給される電流を誘起する放射パッチとを備えるマルチバンド内蔵アンテナがある。前記放射パッチに一端が連結され他端は接地された短絡部をさらに備える(例えば、特許文献1参照)。
ところで、従来のマルチバンド内蔵アンテナが通信可能なバンドは最大で3つであり、3つよりも多くのバンドに対応することは困難である。3つよりも多くのバンドに対応することが困難であるのは、給電ラインと放射パッチがマルチバンド内蔵アンテナのほぼ全面に配置されているからである。
例えば、タブレット型コンピュータ、スマートフォン端末機、又は携帯電話端末機等の携帯型の電子機器に用いられるアンテナ装置は、配置スペースが限られている等の理由から、放射素子の配置に制約があり、通信可能なバンド数を増やすのは容易ではない。
そこで、マルチバンド化に適したアンテナ装置を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態のアンテナ装置は、端辺を有する第1グランドプレーンと、前記端辺に沿って配設され、第1端と第2端とを備える第1辺と、前記第1辺の前記第1端及び前記第2端からそれぞれ平面視で前記端辺から離間する方向に伸延する第2辺及び第3辺と、前記第2辺及び前記第3辺を繋ぐ第4辺とを有する、平面視で矩形状の第2グランドプレーンであって、前記第1辺の前記第2端が前記第1グランドプレーンに接続されることにより、平面視で、前記第1グランドプレーンとの間に前記第1端側が開放されたスリットを形成する、第2グランドプレーンと、前記第1端の近傍で前記第2グランドプレーンに接続される第1接地端から前記第2グランドプレーンに対して起立する第1線路と、前記第1線路に接続され、前記第2グランドプレーンの前記第2辺に沿って伸延する第2線路と、前記第2線路に接続され、前記第4辺に沿って前記第3辺に向かって伸延する第3線路と、前記第3線路に設けられる給電点とを有する放射素子と、前記端辺の伸延方向における前記給電点に対応する位置において前記端辺の近傍で前記第1グランドプレーンに接続される第2接地端から前記第1グランドプレーンに対して起立する第4線路と、前記第4線路に接続され、前記第4辺に向かって前記給電点の近傍まで伸延する第5線路と、前記第5線路に接続され、前記第4線路に沿って前記第2線路の近傍の開放端まで伸延する第6線路とを有し、前記放射素子と電磁界結合する第1無給電素子とを含み、前記給電点から、前記放射素子、前記第1接地端、前記第2端、前記第2接地端、及び前記第1無給電素子を経た前記開放端までの長さは、第1通信周波数における半波長に設定され、前記第1無給電素子は、前記第1通信周波数よりも高い第2通信周波数で共振する。
マルチバンド化に適したアンテナ装置を提供することができる。
以下、本発明のアンテナ装置を適用した実施の形態について説明する。
<実施の形態>
図1は、実施の形態のアンテナ装置100を含む電子機器の内部構成を示す図である。
図1は、実施の形態のアンテナ装置100を含む電子機器の内部構成を示す図である。
アンテナ装置100は、グランドプレーン20、グランドプレーン30、放射素子110、浮遊素子120、無給電素子130、ループアンテナ140、及び無給電素子150を含む。なお、以下では、直交座標系であるXYZ座標系を用いて説明する。
アンテナ装置100は、一例として、タブレット型コンピュータ又はスマートフォン端末機等の携帯型の電子機器の筐体の内部に含まれる金属板10に取り付けられている。
金属板10は、グランドプレーン20及び30よりも厚い金属板であり、接地電位に保持される。金属板10は、例えば、電子機器のディスプレイパネルの表示面とは反対側に設けられる板金である。この場合、金属板10は、ディスプレイパネルを補強するために設けられている。
金属板10には、電子機器の機能を実現するために必要なCPU(Central Processing Unit)チップ、メモリ、又はその他の電子部品が接続されていてもよい。なお、金属板10は、このようなものに限られず、上述したような電子機器に含まれている金属板であればよい。電子機器は、ディスプレイパネルを含まなくてもよい。
グランドプレーン20は、金属板10のX軸に平行な端辺L1に接続される金属層であり、接地電位に保持される。グランドプレーン20は、頂点21、22、23、24を有する矩形状の金属層である。
頂点21と頂点24を結ぶ辺と、頂点22と頂点23を結ぶ辺とは、ともにX軸に平行である。頂点21と頂点22を結ぶ辺と、頂点24と頂点23を結ぶ辺とは、ともにY軸に平行である。頂点21と頂点24を結ぶ辺は、端辺L1であり、頂点22と頂点23を結ぶ辺は、端辺L1の対辺である。
グランドプレーン20は、第1グランドプレーンの一例であり、アンテナ装置100のグランドプレーンの一部として機能する。グランドプレーン20は、例えば、携帯型の電子機器の筐体の内側の面に形成されるめっき層である。めっき層は、例えば、銅めっき又はその他の金属製のめっきで作製することができる。
グランドプレーン30は、頂点31、32、33、34を有する矩形状の金属層であり、X軸正方向側に無給電素子150が形成されている。無給電素子150は、頂点33を含み、X軸方向及びY軸方向に広がる矩形状の領域の内部に形成されている。
このため、グランドプレーン30は、頂点31、32、35、36を有する矩形状の金属層の頂点36から、頂点34に向かって伸延する線路37を追加したような形状を有する。
グランドプレーン30は、頂点31、32、33、34を有する矩形状の金属層のうちの上述の矩形領域内をパターニングして無給電素子150を形成したものであるため、以下では、説明の便宜上、頂点32と頂点33とを結ぶ辺と、頂点33と頂点34とを結ぶ辺とが存在するものとして説明する。
頂点31と頂点34を結ぶ辺と、頂点32と頂点33を結ぶ辺とは、ともにX軸に平行である。頂点31と頂点32を結ぶ辺と、頂点34と頂点33を結ぶ辺とは、ともにY軸に平行である。頂点31と頂点34を結ぶ辺は、端辺L1に平行である。
グランドプレーン30は、頂点34からY軸負方向側に突出し、グランドプレーン20の頂点23に接続される接続部34Aを有する。また、頂点31は、頂点22とは離間している。このため、グランドプレーン30とグランドプレーン20との間には、スリット40が形成される。
このようなグランドプレーン30は、XY平面視で放射素子110、浮遊素子120、無給電素子130、及びループアンテナ140と略重複しており、SAR(Specific Absorption Rate:比吸収率)対策用に設けられている。
従って、アンテナ装置100を電子機器に組み込む場合には、グランドプレーン30が人体側になるようにすればよい。
なお、グランドプレーン30は、例えば、絶縁体製の基板の表面に貼り付けられる金属箔によって実現される。金属箔は、例えば、銅箔又はその他の金属製であればよい。なお、グランドプレーン30とグランドプレーン20とを一体的に一つの金属箔から作製してもよいし、グランドプレーン30をグランドプレーン20と同様にめっき層で作製してもよい。
スリット40は、端部41と端部42とを有し、グランドプレーン20とグランドプレーン30との間で、X軸方向に延在している。端部41は、開放端であり、端部42は接続部34Aによって閉じられている。なお、スリット40の端部41と端部42との間の長さについては後述する。
次に、放射素子110、浮遊素子120、無給電素子130、ループアンテナ140、及び無給電素子150について説明する。放射素子110、浮遊素子120、及び無給電素子130は、図示を省略する基板又は筐体等の表面に形成される。例えば、アンテナ装置100がタブレット型コンピュータ又はスマートフォン端末機等の携帯型の電子機器に含まれる場合は、放射素子110、浮遊素子120、及び無給電素子130は、電子機器に含まれる基板、又は、電子機器の筐体の表面に形成される。
放射素子110は、アンテナ装置100が含む5つの放射素子(L1〜L5)のうち、最も低い通信周波数f1の通信を実現するために設けられている。放射素子110は、接地端111、折り曲げ部112、113、端部114、給電点115、及びスロット116を有する。
接地端111は、グランドプレーン30の頂点31に接続されている。接地端111は、第1接地端の一例である。放射素子110は、接地端111からZ軸正方向に起立して伸延し、折り曲げ部112でY軸正方向に折れ曲がり、折り曲げ部113でX軸正方向側に折れ曲がり、端部114まで伸延している。端部114は開放端である。
ここで、接地端111と、折り曲げ部112との間の線路は、第1線路の一例である。折り曲げ部112と折り曲げ部113との間の線路は、第2線路の一例である。折り曲げ部113と端部114との間の線路は、第3線路の一例である。
接地端111と折り曲げ部112との間の線路は、XZ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部112と折り曲げ部113との間の線路は、XY平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部113と端部114との間の線路は、XY平面に平行な薄板状の線路である。
給電点115は、折り曲げ部112と折り曲げ部113との間にスロット116のY軸正方向側とY軸負方向側にある2本の線路117A、117Bのうち、Y軸正方向側の線路117AのX軸方向における中心に位置する。給電点115には、図示しないマイクロストリップライン又は同軸ケーブル等を用いて給電が行われる。
折り曲げ部113と端部114との間の線路には、スロット116が形成されている。スロット116を囲む矩形ループ状の部分は、ループアンテナ140を構築する。折り曲げ部113と端部114との間の線路は、スロット116によって、Y軸正方向側の線路117Aと、Y軸負方向側の線路117Bとに分断されている。
なお、通信周波数f1の通信は、放射素子110が単独で行うのではなく、放射素子110と、スリット40に沿ったグランドプレーン20及び30と、無給電素子130とが協働して実現される。この点については後述する。
浮遊素子120は、端部121、折り曲げ部122、123、124、及び端部125を有する。浮遊素子120は、電位的に浮いており、浮遊素子の一例である。浮遊素子120は、放射素子110に電磁界結合し、放射素子110を介して給電される。浮遊素子120は、アンテナ装置100が含む5つの放射素子(L1〜L5)のうち、下から2番目の通信周波数f2の通信を実現するために設けられている。
端部121は、XY平面視ではグランドプレーン30の頂点31と頂点32とを結ぶ辺上で、頂点31よりも少し頂点32側にオフセットした位置にある。端部121のZ軸方向における位置は、グランドプレーン30と放射素子110との間である。
折り曲げ部122は、XY平面視ではグランドプレーン30の頂点32と重なる位置になる。折り曲げ部123は、XY平面視ではグランドプレーン30の頂点33と重なる位置になる。折り曲げ部124は、XY平面視ではグランドプレーン30の頂点33と頂点34とを結ぶ辺上で、頂点33と頂点34との間に位置する。
端部125は、XY平面視では折り曲げ部124よりもX軸負方向側に位置する。
浮遊素子120は、端部121からY軸正方向側に伸延し、折り曲げ部122でX軸正方向に折れ曲がり、折り曲げ部123でY軸負方向に折れ曲がり、さらに折り曲げ部124でX軸負方向に折れ曲がり、端部125まで伸延している。
端部121と折り曲げ部122との間の線路は、YZ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部122と折り曲げ部123との間の線路は、XZ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部123と折り曲げ部124との間の線路は、YZ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部124と端部125との間の線路は、XZ平面に平行な薄板状の線路である。
折り曲げ部122と折り曲げ部123との間の線路と、放射素子110の線路117Aとの間隔は、浮遊素子120が放射素子110に電磁界結合するように設定されている。
浮遊素子120の端部121から端部125までの長さは、通信周波数f2の波長λ2の1/2の長さ(λ2/2)になるように設定されている。また、浮遊素子120は、長さ(λ2/2)の中心点が、X軸方向において、放射素子110の給電点115と略一致するように配設されている。
放射素子110の給電点115は、線路117AのX軸方向における中心に位置するため、浮遊素子120は、浮遊のダイポールアンテナとして機能する。
また、浮遊素子120は、Z軸方向においては、グランドプレーン30と放射素子110の間に位置するが、端部125よりもX軸正方向側の区間は、グランドプレーン30と放射素子110の間に挟まれていないため、十分な放射特性が得られる。
無給電素子130は、接地端131、折り曲げ部132、133、134、及び開放端135を有する。無給電素子130は、第1無給電素子の一例である。ここで、無給電とは、給電点を有しないことをいう。
無給電素子130は、放射素子110に電磁界結合し、放射素子110を介して給電される。無給電素子130は、アンテナ装置100が含む5つの放射素子(L1〜L5)のうち、真ん中の通信周波数f3の通信を実現するために設けられている。
接地端131は、グランドプレーン20の頂点22と頂点23とを結ぶ辺上に位置する。接地端131は、第2接地端の一例である。接地端131のX軸方向における位置は、給電点115の位置と略一致している。また、折り曲げ部132、133のX軸方向における位置も、給電点115の位置と略一致している。
無給電素子130は、接地端131からZ軸正方向に起立し、折り曲げ部132でY軸正方向に折れ曲がり、折り曲げ部133までY軸正方向に伸延する。無給電素子130は、さらに、折り曲げ部133でX軸負方向に折れ曲がり、折り曲げ部134でY軸負方向に折れ曲がり、開放端135まで伸延している。
折り曲げ部133と折り曲げ部134との間の線路と、線路117Bとの間隔は、通信周波数f1の波長λ1の1/50以下になるように設定されている。これは、電磁界シミュレーションで得られた値である。
折り曲げ部133と折り曲げ部134との間の線路と、線路117Bとの間隔を波長λ1の1/50以下にすると、折り曲げ部133と折り曲げ部134との間の線路と、線路117Bとの間に十分な電磁界結合が得られ、無給電素子130が放射素子110から給電されることが分かっている。
折り曲げ部134は、X軸方向において、放射素子110の折り曲げ部112と113との間の線路の近傍に位置している。
開放端135は、Y軸方向において、放射素子110の折り曲げ部112と略同じ位置にある。開放端135は開放されており、無給電素子130の接地端131から開放端135までの長さは、通信周波数f3の波長λ3の1/4に設定されているため、無給電素子130は、無給電のモノポールアンテナとして機能する。
接地端131と折り曲げ部132との間の線路は、XZ平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部132と折り曲げ部133との間の線路は、XY平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部133と折り曲げ部134との間の線路は、XY平面に平行な薄板状の線路である。折り曲げ部134と開放端135との間の線路は、XZ平面に平行な薄板状の線路である。
接地端131と折り曲げ部132との間の線路は、第4線路の一例である。折り曲げ部132と折り曲げ部133との間の線路は、第5線路の一例である。折り曲げ部133から折り曲げ部134を経由して開放端135に至る線路は、第7線路の一例である。
無給電素子130は、X軸方向において、グランドプレーン30の頂点31と頂点34との間における中心よりもX軸負方向側に位置している。これは、グランドプレーン30の頂点31と頂点34との間における中心よりもX軸正方向側において、放射素子110、浮遊素子120、及びループアンテナ140の十分な放射が得られるようにするためである。
なお、図1では、開放端135が放射素子110の折り曲げ部112と略同じ位置にあるが、開放端135は、折り曲げ部134にあってもよい。また、図1に示す折り曲げ部134と開放端135との間にあってもよい。無給電素子130は、十分な放射特性が得られる場合には、開放端135の位置を上述のように調整して図1に示す長さよりも短くされていてもよい。
ループアンテナ140は、放射素子110の折り曲げ部113と端部114との間の線路に設けられるスロット116によって構築される。放射素子110のうち、スロット116の周囲のXY平面視で矩形環状の部分は、ループアンテナ140を構築する。
ループアンテナ140は、端部141及び142を有し、端部141及び142と、スロット116によってY軸方向に分断された線路117A及び117Bとによって構築される。
ループアンテナ140は、アンテナ装置100が含む5つの放射素子(L1〜L5)のうち、上から2番目の通信周波数f4の通信を実現するために設けられている。
スロット116のX軸方向における長さは、通信周波数f4の波長λ4の1/2(λ4/2)であり、長さの中心は、X軸方向において、給電点115の位置と略一致している。また、端部141から、線路117A、端部142、線路117Bを経て端部141に戻る矩形状のループの長さは、約λ4である。
ループアンテナ140は、放射素子110に含まれるため、給電点115から給電され、通信周波数f4のループアンテナとして機能する。
無給電素子150は、グランドプレーン30の頂点33を含む矩形領域内の部分をパターニングして形成されている。無給電素子150は、第2無給電素子の一例である。ここで、無給電とは、給電点を有しないことをいう。
無給電素子150は、接地端151、折り曲げ部152、153、及び開放端154を有する。接地端151はグランドプレーン30の頂点34と同じ位置にあり、折り曲げ部152はグランドプレーン30の頂点33と同じ位置にある。無給電素子150は、このようなコの字型の形状を有する。
無給電素子150は、アンテナ装置100が含む5つの放射素子(L1〜L5)のうち、最も高い通信周波数f5の通信を実現するために設けられている。
無給電素子150は、接地端151からY軸正方向に伸延し、折り曲げ部152でX軸負方向に折れ曲がり、折り曲げ部153でY軸負方向に折れ曲がり、開放端154まで伸延している。
折り曲げ部153の位置は、プレーン3の頂点35の近傍であり、頂点32と頂点33とを結ぶ辺上である。また、開放端154の位置は、頂点36の近傍である。
なお、接地端151と折り曲げ部152との間の線路は、第7線路の一例である。折り曲げ部152と折り曲げ部153との間の線路は、第8線路の一例である。折り曲げ部153と開放端154との間の線路は、第9線路の一例である。
無給電素子150は、放射素子110及びループアンテナ140と電磁界結合している。接地端151から、折り曲げ部152及び153を経た開放端154までの長さは、通信周波数f5の波長λ5の1/4に設定されているため、無給電素子150は、無給電のモノポールアンテナとして機能する。
以上のようなアンテナ装置100において、通信周波数f1の通信を実現するために、給電点115から、接地端111、グランドプレーン30、接続部34A、及び接地端131を経て、開放端135に至るまでの長さは、通信周波数f1の波長λ1の1/2(λ1/2)に設定されている。
より具体的には、給電点115と接地端111との間では、折り曲げ部113と112を経る。接地端111と接続点34Aの間では、スリット40の脇のグランドプレーン30の頂点31と頂点34の間を経る。接続点34Aと接地端131の間では、スリット40の脇のグランドプレーン20の頂点22から接地端131を経る。接地端131と開放端135の間では、折り曲げ部132、133、134を経る。
電磁界シミュレーションを行ったところ、このような電流経路で、通信周波数f1の共振が生じることが分かった。すなわち、アンテナ装置100では、通信周波数f1の通信は、放射素子110と、スリット40に沿ったグランドプレーン20及び30と、無給電素子130とが協働して実現される。
従って、実施の形態のアンテナ装置100では、給電点115から、接地端111、グランドプレーン30、接続部34A、及び接地端131を経て、開放端135に至るまでの長さを通信周波数f1の波長λ1の1/2(λ1/2)に設定する。
また、以上のようなアンテナ装置100では、スリット40を設けることにより、約1.1GHz前後でのS11パラメータの値が低下することが確認できた。また、無給電素子130を設けることにより、約0.9GHz前後と約1.8GHz前後でのS11パラメータの値が低下することが確認できた。また、放射素子110の折り曲げ部113と端部114との間の線路のY軸方向の幅を広くして無給電素子130との間隔を狭めることにより、約0.8GHz前後と約1.8GHz前後でのS11パラメータの値が低下することが確認できた。
図2乃至図8は、アンテナ装置100の各部の寸法を示す図である。ここで示す寸法は、通信周波数f1、f2、f3、f4、f5が、750MHz〜800MHz(f1)、約1.40GHz〜約1.5GHz(f2)、約1.7GHz〜約1.8GHz(f3)、約1.9GHz〜約2.1GHz(f4)、約2.45GHz〜約2.7GHz(f5)とした場合の一例としての寸法である。
なお、図2乃至図8では図1に示すXYZ座標と同じXYZ座標を用いて説明する。また、図2乃至図8では、見易さの観点から、すべての符号を示さずに、主な符号のみを示す。
図2に示すように、金属板10は、X軸方向の長さが200mm、Y軸方向の長さが150mmである。また、図4に示すように、金属板10のZ軸方向の長さ(厚さ)は5mmである。金属板10は、図2に示すように、XY平面視で矩形状の板金である。
アンテナ装置100は、金属板10のX軸正方向側で、かつ、Y軸正方向側の角部に設けられている。
図3及び図4に示すように、グランドプレーン20及び30のX軸方向の長さは60mmである。また、グランドプレーン20の頂点21及び22(図1参照)を結ぶ辺から無給電素子130の接地端131までの長さは30mmである。同様に、グランドプレーン20の頂点21及び22(図1参照)を結ぶ辺から給電点115までの長さは30mmである。また、グランドプレーン20の頂点21からグランドプレーン30の頂点32までの長さは10mmである。頂点32の位置は、XY平面視で、折り曲げ部132と等しい。
また、図4に示すように、端部121と折り曲げ部122との間の線路の長さは、30mmである。同様に、接地端131と折り曲げ部132との間の線路の長さは、30mmである。また、接地端131と端辺L1との間のY軸方向の長さは5mmである。すなわち、グランドプレーン20のY軸方向の幅は5mmである。
なお、放射素子110、浮遊素子120、無給電素子130、ループアンテナ140、及び無給電素子150の線路の幅は、すべて1mmである。
図5に示すように、放射素子110の折り曲げ部112と113の間の長さは9mmであり、折り曲げ部113と端部114の間の長さは57mmである。また、スロット116(図1参照)のY軸方向の幅は、1.5mmである。
図6に示すように、無給電素子130の接地端131と折り曲げ部132の間の長さは3mmであり、折り曲げ部132と133の間の長さは5.5mmである。折り曲げ部133と134の間の長さは29mmであり、折り曲げ部134と開放端135の間の長さは4.5mmである。
図7に示すように、浮遊素子120の端部121と折り曲げ部122の間の長さは8mmであり、折り曲げ部122と123の間の長さは60mmである。また、折り曲げ部123と124の間の長さは5mmであり、折り曲げ部124と端部125の間の長さは9mmである。
図8に示すように、グランドプレーン30の頂点31と32の間の長さは9mmであり、頂点32と35の間の長さは50mmである。頂点35と線路37の間の長さは8mmであり、頂点33と接続部34Aの間の長さは10mmである。
また、無給電素子150の折り曲げ部152と153の間の長さは9mmであり、折り曲げ部153と開放端154の間の長さは7mmである。このため、接地端151と折り曲げ部153の間の長さは9mmである。
以上、図2乃至図8に示すように、アンテナ装置100のサイズは、従来からある一般的な携帯型の電子機器用のアンテナ装置と同様のサイズである。
図9は、アンテナ装置100のS11パラメータの周波数特性を示す図である。S11パラメータの周波数特性は、アンテナ装置100のモデルを用いた電磁界シミュレーションによって得られたものであり、整合回路を含めている。整合回路は一例として、給電点115からグランドプレーン30に向かって並列インダクタ19.5nH、直列キャパシタ2.4pF、並列インダクタ10.2nHとしてある。
ここでは、一例として、S11パラメータの値の評価基準を−5dBとし、−5dB以下の帯域がアンテナ装置100の通信可能な領域であるものとして評価を行う。
図9に示すように、750MHz〜800MHz(f1)、約1.40GHz〜約1.55GHz(f2)、約1.7GHz〜約2.2GHz(f3とf4)、約2.45GHz〜約2.7GHz(f5)の5つの帯域で、−5dB以下の値が得られた。
従って、これらの帯域の共振周波数f1、f2、f3、f4、f5で通信を行えることが確認できた。
図10は、アンテナ装置100のトータル効率の周波数特性を示す図である。トータル効率は、アンテナ装置100が装着された電子機器の特性を表しており、給電点115とアンテナ装置100のインピーダンスとの整合損失を含んでいる。
図10に占めるように、共振周波数f1、f2、f3、f4、f5において、ピークが得られており、共振周波数f1、f2、f3、f4、f5で通信を行えることが確認できた。
図11乃至図15は、それぞれ、放射素子110、浮遊素子120、無給電素子130、ループアンテナ140、及び無給電素子150の電流経路を説明する図である。ここでは、電磁界シミュレーションによって得られた電流経路について説明する。
図11に示すように、放射素子110を用いた通信周波数f1での通信では、破線の矢印で示すように、給電点115から、接地端111、グランドプレーン30、接続部34A、及び接地端131を経て、開放端135に電流が流れることが確認できた。
従って、実施の形態のアンテナ装置100では、通信周波数f1用に、給電点115から、接地端111、グランドプレーン30、接続部34A、及び接地端131を経て、開放端135に至る電流経路が得られることが確認できた。
なお、接地端111の位置をY軸方向に調整すると、共振周波数f1を調整できることが確認できた。接地端111の位置をY軸正方向に調整すると、折り曲げ部112の位置もY軸正方向にずれるが、このときに、図1に示す折り曲げ部112と113との間の線路の長さを確保するために、折り曲げ部112からY軸負方向に伸延するスタブを設けた。このようなスタブを用いてもよい。
また、図12に示すように、浮遊素子120を用いた通信周波数f2での通信では、破線の矢印で示すように、端部121と端部125の間で電流経路が得られることが確認できた。
この結果から、浮遊素子120は、放射素子110及びループアンテナ140と電磁界結合しており、X軸方向において給電点115に対応する位置を中心として、ダイポールアンテナのような電流分布が得られることが確認できた。
また、図13に示すように、無給電素子130を用いた通信周波数f3での通信では、破線の矢印で示すように、接地端131と開放端135の間で電流経路が得られることが確認できた。
この結果から、無給電素子130は、無給電素子130と電磁界結合しており、接地端131と開放端135の間の電流分布は、モノポールアンテナと同様であることが分かった。
また、図14に示すように、ループアンテナ140を用いた通信周波数f4での通信では、破線の矢印で示すように、端部141と端部142の間で電流経路が得られることが確認できた。
この結果から、ループアンテナ140は、給電点115から給電を受けており、X軸方向において給電点115に対応する位置を中心として、ループアンテナのような電流分布が得られることが確認できた。
また、図15に示すように、無給電素子150を用いた通信周波数f5での通信では、破線の矢印で示すように、接地端151と開放端154の間で電流経路が得られることが確認できた。
この結果から、無給電素子150は、放射素子110と電磁界結合しており、接地端151と開放端154の間の電流分布は、モノポールアンテナと同様であることが分かった。
図16は、アンテナ装置100とファントム1のシミュレーションモデルを示す図である。
ここでは、電磁界シミュレーションによって、アンテナ装置100によって発生されるSARの分布を分析した。なお、他の図と共通のXYZ座標系を用いる。
ファントム1は、生体組織の電気特性(誘電率及び導電率)と等価な電気特性を有する模擬人体である。ここでは、一例として、比誘電率が55.2、導電率が0.97S/mの直方体状のファントムを用いた。また、図16に示すように、アンテナ装置100をファントム1からZ軸方向に3mm離して配置した。
アンテナ装置100の給電点115に入力する電力を0.1Wに設定してSARを測定したところ、放射素子110のSARは0.89W/kgであった。比較用に、アンテナ装置100の代わりに800MHz用のモノポールアンテナを同様に設置してSARを測定したところ、1.28W/kgであった。
従って、アンテナ装置100の放射素子110は、800MHz用のモノポールアンテナに比べて、SARを約30%低減できることが分かった。ここでは、放射素子110のSARについて検討したが、浮遊素子120、無給電素子130、及びループアンテナ140もグランドプレーン30とXY平面視で重複しているため、SARは低下していると考えられる。また、無給電素子150については、問題にならない程度のSARの値が得られた。
以上より、実施の形態によれば、サイズを拡大することなく、SAR対策用のグランドプレーン30を含み、5つの通信帯域(5バンド)において通信可能なアンテナ装置100を提供できる。
5バンドでの通信を実現できるのは、X軸負方向側に放射素子110及び130を配置し、5バンドの中で通信周波数f1の次に長い波長を取り扱う浮遊素子120の約半分をX軸正方向側に配置することにより、浮遊素子120の高い放射効率を確保できたからである。
5バンドの中でも、通信周波数f3、f4、f5は、通信周波数f1とf2に比べると波長が短いため、限られたスペースの中においても、比較的配置しやすい。
しかしながら、通信周波数f2の浮遊素子120が取り扱う波長は比較的長いため、限られたスペースの中で浮遊素子120をどのように配置するかは、5バンドというマルチバンド化では大きな課題である。
このような課題を解決できるのは、上述のように放射素子110と浮遊素子120との棲み分けをX軸方向において行ったからである。
以上より、実施の形態によれば、マルチバンド化に適したアンテナ装置100を提供することができる。
なお、以上では、グランドプレーン20と30のX軸方向の長さが等しく、かつ、両端の位置が一致している形態について説明した。しかしながら、このような形態に限られず、グランドプレーン30の方がグランドプレーン20よりもX軸方向の長さが長く、かつ、グランドプレーン30のX軸負方向側の端部がグランドプレーン20のX軸負方向側の端部よりもX軸負方向側に位置していてもよい。また、グランドプレーン30の方がグランドプレーン20よりもX軸方向の長さが長く、かつ、グランドプレーン30のX軸正方向側の端部がグランドプレーン20のX軸正方向側の端部よりもX軸正方向側に位置していてもよい。また、グランドプレーン30の方がグランドプレーン20よりもX軸方向の長さが長く、かつ、グランドプレーン30のX軸方向の両端がグランドプレーン20のX軸方向の両端よりも外側に位置していてもよい。
なお、以上では、5バンドのアンテナ装置100について説明したが、ここでは、図17及び図18を用いて、3バンドと2バンド用の変形例について説明する。
図17は、実施の形態の変形例のアンテナ装置100Aと、S11パラメータの周波数特性を示す図である。
図17に示すように、アンテナ装置100Aは、図1に示すアンテナ装置100からループアンテナ140と無給電素子150を取り除いた構成を有する。より具体的には、グランドプレーン30の代わりに用いるグランドプレーン30Aは、頂点31、32、33、34(図1参照)を四隅とする矩形状である。
また、放射素子110Aは、スロット116を有しないため、Y軸方向に幅広い放射素子になっているとともに、給電点115AよりもX軸負方向側に寄せられている。放射素子110は、給電点115Aで給電される。給電点115Aの位置は、図1に示す給電点115と同じである。
このようなアンテナ装置100Aでは、図17に示すように、通信周波数f1、f2、f3でS11パラメータの値が−5dBよりも低い良好な周波数特性が得られた。
このように、グランドプレーン30のX軸負方向側に寄せて設けた放射素子110Aによって、通信周波数f1における十分な通信特性が得られることが分かる。また、X軸正方向側の約半分が放射素子110とグランドプレーン30とに挟まれていない浮遊素子120を用いることにより、通信周波数f2における十分な通信特性が得られることが分かる。また、グランドプレーン30のX軸負方向側に寄せて設けた無給電素子130によって、十分な通信特性が得られることが分かる。
なお、アンテナ装置100Aから浮遊素子120を取り除き、放射素子110Aによる通信周波数f1と、無給電素子130による通信周波数f3との2バンドのアンテナ装置にしてもよい。
以上、本発明の例示的な実施の形態のアンテナ装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
端辺を有する第1グランドプレーンと、
前記端辺に沿って配設され、第1端と第2端とを備える第1辺と、前記第1辺の前記第1端及び前記第2端からそれぞれ平面視で前記端辺から離間する方向に伸延する第2辺及び第3辺と、前記第2辺及び前記第3辺を繋ぐ第4辺とを有する、平面視で矩形状の第2グランドプレーンであって、前記第1辺の前記第2端が前記第1グランドプレーンに接続されることにより、平面視で、前記第1グランドプレーンとの間に前記第1端側が開放されたスリットを形成する、第2グランドプレーンと、
前記第1端の近傍で前記第2グランドプレーンに接続される第1接地端から前記第2グランドプレーンに対して起立する第1線路と、前記第1線路に接続され、前記第2グランドプレーンの前記第2辺に沿って伸延する第2線路と、前記第2線路に接続され、前記第4辺に沿って前記第3辺に向かって伸延する第3線路と、前記第3線路に設けられる給電点とを有する放射素子と、
前記端辺の伸延方向における前記給電点に対応する位置において前記端辺の近傍で前記第1グランドプレーンに接続される第2接地端から前記第1グランドプレーンに対して起立する第4線路と、前記第4線路に接続され、前記第4辺に向かって前記給電点の近傍まで伸延する第5線路と、前記第5線路に接続され、前記第4線路に沿って前記第2線路の近傍の開放端まで伸延する第6線路とを有し、前記放射素子と電磁界結合する第1無給電素子と
を含み、
前記給電点から、前記放射素子、前記第1接地端、前記第2端、前記第2接地端、及び前記第1無給電素子を経た前記開放端までの長さは、第1通信周波数における半波長に設定され、
前記第1無給電素子は、前記第1通信周波数よりも高い第2通信周波数で共振する、アンテナ装置。
(付記2)
前記第1無給電素子の前記第2接地端から前記開放端までの長さは、前記第2通信周波数における四半波長に設定される、付記1記載のアンテナ装置。
(付記3)
前記第2線路、前記第3線路、前記第5線路、及び前記第6線路の前記第2グランドプレーンに対する高さは等しい、付記1又は2記載のアンテナ装置。
(付記4)
前記第6線路は、前記第4線路に沿って伸延し、前記第2線路の近傍で折れ曲がり、前記第2線路に沿って平面視で前記第1端の近傍まで伸延しており、
前記開放端は、平面視で前記第1端の近傍に位置する、付記1乃至3のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記5)
前記第2グランドプレーンの平面視での面積は、前記放射素子の平面視での面積よりも大きい、付記1乃至4のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記6)
前記第3線路と前記第6線路との間隔は、前記第1通信周波数における波長の1/50以下に設定される、付記1乃至5のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記7)
前記第1線路が起立する方向において、前記第2グランドプレーンと、前記第2線路及び前記第3線路との間に設けられ、前記第2辺側の第1端部と、前記第3辺側の第2端部との間で伸延し、前記第2線路及び前記第3線路と電磁界結合する浮遊素子をさらに含み、
前記浮遊素子の前記第1端部と前記第2端部との間の長さは、前記第1通信周波数よりも高く、前記第2通信周波数よりも低い第3通信周波数における半波長に設定される、付記1乃至6のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記8)
前記放射素子は、前記第3線路に前記第4辺に沿って形成されるスロットをさらに有し、
前記スロットの両端間の長さは、前記第1通信周波数及び前記第2通信周波数よりも高い第4通信周波数における半波長に設定される、付記1乃至7のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記9)
前記スロットを有する前記放射素子は、前記第4通信周波数で共振するループアンテナとして機能する、付記8記載のアンテナ装置。
(付記10)
前記第2グランドプレーンは、前記第4辺側で、前記第3辺よりも前記第2辺側の第5辺までの矩形領域が切り欠かれており、
前記矩形領域に、前記第2端から前記第3辺に沿って前記矩形領域内を伸延する第7線路と、前記第7線路に接続され、前記矩形領域内を前記第2辺に向かって伸延する第8線路と、前記第8線路に接続され、前記矩形領域内を前記第5辺に沿って前記第1辺に向かって伸延する第9線路とを有するコの字型の第2無給電素子をさらに有する、付記1乃至9のいずれか一項記載のアンテナ装置。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
端辺を有する第1グランドプレーンと、
前記端辺に沿って配設され、第1端と第2端とを備える第1辺と、前記第1辺の前記第1端及び前記第2端からそれぞれ平面視で前記端辺から離間する方向に伸延する第2辺及び第3辺と、前記第2辺及び前記第3辺を繋ぐ第4辺とを有する、平面視で矩形状の第2グランドプレーンであって、前記第1辺の前記第2端が前記第1グランドプレーンに接続されることにより、平面視で、前記第1グランドプレーンとの間に前記第1端側が開放されたスリットを形成する、第2グランドプレーンと、
前記第1端の近傍で前記第2グランドプレーンに接続される第1接地端から前記第2グランドプレーンに対して起立する第1線路と、前記第1線路に接続され、前記第2グランドプレーンの前記第2辺に沿って伸延する第2線路と、前記第2線路に接続され、前記第4辺に沿って前記第3辺に向かって伸延する第3線路と、前記第3線路に設けられる給電点とを有する放射素子と、
前記端辺の伸延方向における前記給電点に対応する位置において前記端辺の近傍で前記第1グランドプレーンに接続される第2接地端から前記第1グランドプレーンに対して起立する第4線路と、前記第4線路に接続され、前記第4辺に向かって前記給電点の近傍まで伸延する第5線路と、前記第5線路に接続され、前記第4線路に沿って前記第2線路の近傍の開放端まで伸延する第6線路とを有し、前記放射素子と電磁界結合する第1無給電素子と
を含み、
前記給電点から、前記放射素子、前記第1接地端、前記第2端、前記第2接地端、及び前記第1無給電素子を経た前記開放端までの長さは、第1通信周波数における半波長に設定され、
前記第1無給電素子は、前記第1通信周波数よりも高い第2通信周波数で共振する、アンテナ装置。
(付記2)
前記第1無給電素子の前記第2接地端から前記開放端までの長さは、前記第2通信周波数における四半波長に設定される、付記1記載のアンテナ装置。
(付記3)
前記第2線路、前記第3線路、前記第5線路、及び前記第6線路の前記第2グランドプレーンに対する高さは等しい、付記1又は2記載のアンテナ装置。
(付記4)
前記第6線路は、前記第4線路に沿って伸延し、前記第2線路の近傍で折れ曲がり、前記第2線路に沿って平面視で前記第1端の近傍まで伸延しており、
前記開放端は、平面視で前記第1端の近傍に位置する、付記1乃至3のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記5)
前記第2グランドプレーンの平面視での面積は、前記放射素子の平面視での面積よりも大きい、付記1乃至4のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記6)
前記第3線路と前記第6線路との間隔は、前記第1通信周波数における波長の1/50以下に設定される、付記1乃至5のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記7)
前記第1線路が起立する方向において、前記第2グランドプレーンと、前記第2線路及び前記第3線路との間に設けられ、前記第2辺側の第1端部と、前記第3辺側の第2端部との間で伸延し、前記第2線路及び前記第3線路と電磁界結合する浮遊素子をさらに含み、
前記浮遊素子の前記第1端部と前記第2端部との間の長さは、前記第1通信周波数よりも高く、前記第2通信周波数よりも低い第3通信周波数における半波長に設定される、付記1乃至6のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記8)
前記放射素子は、前記第3線路に前記第4辺に沿って形成されるスロットをさらに有し、
前記スロットの両端間の長さは、前記第1通信周波数及び前記第2通信周波数よりも高い第4通信周波数における半波長に設定される、付記1乃至7のいずれか一項記載のアンテナ装置。
(付記9)
前記スロットを有する前記放射素子は、前記第4通信周波数で共振するループアンテナとして機能する、付記8記載のアンテナ装置。
(付記10)
前記第2グランドプレーンは、前記第4辺側で、前記第3辺よりも前記第2辺側の第5辺までの矩形領域が切り欠かれており、
前記矩形領域に、前記第2端から前記第3辺に沿って前記矩形領域内を伸延する第7線路と、前記第7線路に接続され、前記矩形領域内を前記第2辺に向かって伸延する第8線路と、前記第8線路に接続され、前記矩形領域内を前記第5辺に沿って前記第1辺に向かって伸延する第9線路とを有するコの字型の第2無給電素子をさらに有する、付記1乃至9のいずれか一項記載のアンテナ装置。
10 金属板
100 アンテナ装置
20 グランドプレーン
21、22、23、24 頂点
30 グランドプレーン
31、32、33、34 頂点
40 スリット
41、42 端部
110 放射素子
111 接地端
112、113 折り曲げ部
114 端部
115 給電点
116 スロット
117A、117B 線路
120 浮遊素子
121 端部
122、123、124 折り曲げ部
125 端部
130 無給電素子
131 接地端
132、133、134 折り曲げ部
135 開放端
140 ループアンテナ
141、142 端部
150 無給電素子
151 接地端
152、153 折り曲げ部
154 開放端
100 アンテナ装置
20 グランドプレーン
21、22、23、24 頂点
30 グランドプレーン
31、32、33、34 頂点
40 スリット
41、42 端部
110 放射素子
111 接地端
112、113 折り曲げ部
114 端部
115 給電点
116 スロット
117A、117B 線路
120 浮遊素子
121 端部
122、123、124 折り曲げ部
125 端部
130 無給電素子
131 接地端
132、133、134 折り曲げ部
135 開放端
140 ループアンテナ
141、142 端部
150 無給電素子
151 接地端
152、153 折り曲げ部
154 開放端
Claims (9)
- 端辺を有する第1グランドプレーンと、
前記端辺に沿って配設され、第1端と第2端とを備える第1辺と、前記第1辺の前記第1端及び前記第2端からそれぞれ平面視で前記端辺から離間する方向に伸延する第2辺及び第3辺と、前記第2辺及び前記第3辺を繋ぐ第4辺とを有する、平面視で矩形状の第2グランドプレーンであって、前記第1辺の前記第2端が前記第1グランドプレーンに接続されることにより、平面視で、前記第1グランドプレーンとの間に前記第1端側が開放されたスリットを形成する、第2グランドプレーンと、
前記第1端の近傍で前記第2グランドプレーンに接続される第1接地端から前記第2グランドプレーンに対して起立する第1線路と、前記第1線路に接続され、前記第2グランドプレーンの前記第2辺に沿って伸延する第2線路と、前記第2線路に接続され、前記第4辺に沿って前記第3辺に向かって伸延する第3線路と、前記第3線路に設けられる給電点とを有する放射素子と、
前記端辺の伸延方向における前記給電点に対応する位置において前記端辺の近傍で前記第1グランドプレーンに接続される第2接地端から前記第1グランドプレーンに対して起立する第4線路と、前記第4線路に接続され、前記第4辺に向かって前記給電点の近傍まで伸延する第5線路と、前記第5線路に接続され、前記第4線路に沿って前記第2線路の近傍の開放端まで伸延する第6線路とを有し、前記放射素子と電磁界結合する第1無給電素子と
を含み、
前記給電点から、前記放射素子、前記第1接地端、前記第2端、前記第2接地端、及び前記第1無給電素子を経た前記開放端までの長さは、第1通信周波数における半波長に設定され、
前記第1無給電素子は、前記第1通信周波数よりも高い第2通信周波数で共振する、アンテナ装置。 - 前記第1無給電素子の前記第2接地端から前記開放端までの長さは、前記第2通信周波数における四半波長に設定される、請求項1記載のアンテナ装置。
- 前記第6線路は、前記第4線路に沿って伸延し、前記第2線路の近傍で折れ曲がり、前記第2線路に沿って平面視で前記第1端の近傍まで伸延しており、
前記開放端は、平面視で前記第1端の近傍に位置する、請求項1又は2記載のアンテナ装置。 - 前記第2グランドプレーンの平面視での面積は、前記放射素子の平面視での面積よりも大きい、請求項1乃至3のいずれか一項記載のアンテナ装置。
- 前記第3線路と前記第6線路との間隔は、前記第1通信周波数における波長の1/50以下に設定される、請求項1乃至4のいずれか一項記載のアンテナ装置。
- 前記第1線路が起立する方向において、前記第2グランドプレーンと、前記第2線路及び前記第3線路との間に設けられ、前記第2辺側の第1端部と、前記第3辺側の第2端部との間で伸延し、前記第2線路及び前記第3線路と電磁界結合する浮遊素子をさらに含み、
前記浮遊素子の前記第1端部と前記第2端部との間の長さは、前記第1通信周波数よりも高く、前記第2通信周波数よりも低い第3通信周波数における半波長に設定される、請求項1乃至5のいずれか一項記載のアンテナ装置。 - 前記放射素子は、前記第3線路に前記第4辺に沿って形成されるスロットをさらに有し、
前記スロットの両端間の長さは、前記第1通信周波数及び前記第2通信周波数よりも高い第4通信周波数における半波長に設定される、請求項1乃至6のいずれか一項記載のアンテナ装置。 - 前記スロットを有する前記放射素子は、前記第4通信周波数で共振するループアンテナとして機能する、請求項7記載のアンテナ装置。
- 前記第2グランドプレーンは、前記第4辺側で、前記第3辺よりも前記第2辺側の第5辺までの矩形領域が切り欠かれており、
前記矩形領域に、前記第2端から前記第3辺に沿って前記矩形領域内を伸延する第7線路と、前記第7線路に接続され、前記矩形領域内を前記第2辺に向かって伸延する第8線路と、前記第8線路に接続され、前記矩形領域内を前記第5辺に沿って前記第1辺に向かって伸延する第9線路とを有するコの字型の第2無給電素子をさらに有する、請求項1乃至8のいずれか一項記載のアンテナ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015110782A JP2016225846A (ja) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | アンテナ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2015110782A JP2016225846A (ja) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | アンテナ装置 |
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JP2016225846A true JP2016225846A (ja) | 2016-12-28 |
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ID=57748046
Family Applications (1)
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JP2015110782A Pending JP2016225846A (ja) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | アンテナ装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112510348A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-03-16 | 惠州Tcl移动通信有限公司 | 天线及电子设备 |
US11296400B2 (en) | 2018-05-07 | 2022-04-05 | Fujitsu Limited | Antenna device |
-
2015
- 2015-05-29 JP JP2015110782A patent/JP2016225846A/ja active Pending
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US11296400B2 (en) | 2018-05-07 | 2022-04-05 | Fujitsu Limited | Antenna device |
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